盾构机刀盘驱动液压系统设计（2）

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2）刀盘的脱困和系统的安全控制

主泵变量机构还加入了二级压力切断装置，当主泵的任何一个出口压力超过设定值时，变量机构使泵的排量接近于零，输出的流量只补充泵的泄漏，实现泵的超压卸载，这种方式不存在溢流能量损失，系统效率高。卸载压力一级为28 MPa，为系统正常工作时的安全压力，由溢流阀3设定；另一级为脱困时用，压力为35 MPa，由溢流阀4设定。当二位三通换向阀2通电时，刀盘为脱困工况。所选择的主泵还集成有补油泵和闭式回路控制回路，通过集成使系统结构简单，减少了管路和降低了泄漏，便于维护和使用。补油泵有3个作用，即为闭式回路补油、强制冷却和控制主泵变量机构。补油泵首先用来补充液压泵、液压马达及管路等处的泄漏损失，并通过更换部分主油路油液来控制系统中油液的温度。系统中的补油压力为主泵的吸油口压力，补油泵的排量为76 L／min。补油泵通过两个单向阀分别向系统中回油管路补油。刀盘驱动液压系统变量控制机构的控制油分别通过单向阀引自泵的2个油口和补油泵，使控制油始终接有压力和流量，当泵处于正、反向转换时，泵处于零排量工况，没有压力油输出，此时，控制油来自补油泵，补油泵控制油压力由顺序阀设定。此时，外控顺序阀由于主油路没有压力而关闭，此时利用补油泵的压力驱动变量机构，保证主泵换向。

系统中采用两个先导溢流阀实现缓冲，当马达制动时，由于质性，会产生前冲，此时泵已停止供油，因此在马达排油管路会产生瞬时高压，使液压系统产生很大的冲击和振动，严重时造成损坏，因此在回路设置溢流阀可以使系统超压时，溢流阀打开，回油至马达进油管路，减缓管路中的液压冲击，实现马达制动 。

系统选用2台主泵进行工作，正常掘进工作时，2台主泵同时工作，当有1台主泵出现故障时，系统还可以继续用单泵工作，保证盾构机工作的可靠性。

3）刀盘的两级速度范围控制

盾构机掘进时要求满足在软、硬岩不同的地质工况下的掘进。在软土层中掘进时，由于地层自稳性能极差，要求刀盘转速低，应控制在1.5r／min左右，此时要求刀盘输出转矩大；硬岩挖掘时，刀盘转速高，而转矩小。为了满足上述要求，盾构机在软土掘进时需增大马达排量，降低马达转速；硬岩掘进时降低排量。

系统可以实现软岩掘进时，转速范围为0～2.96 r／min，转矩1114 kN.m；硬岩掘进时，转速0～9.87r／min，转矩334 kN.m。

刀盘驱动液压系统的执行元件为用于闭式回路的斜轴式双向压力控制比例变量柱塞马达，马达变量为外控式，其工作原理如图79所示。马达的排量可以通过变量机构实现无级可调，通过系统中比例减压阀输入液控压力信号控制马达排量无级变化，马达的排量随着控制压力的增高而减小。

注：转载请与作者联系授权，作者：广州市新欧机械有限公司黄志坚教授